[发明专利]应变传感性纳米纤维纱及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纺织新材料应用技术领域，具体涉及一种应变传感性纳米纤维纱及其制备方法。 

背景技术

随着纺织新技术的发展，纺织品正在朝功能化和智能化方向发展，作为智能纺织品领域一重要分支的电子信息智能纺织品已经成为高技术织物领域的热点研究课题。它将微电子、信息、计算机等技术融合到纺织品中，通常包含传感器、驱动单元和控制单元三部分。其中灵敏、柔软的传感器是智能化织物的重要组成部分，传统传感器很难满足其柔软性要求，因此开发一种柔软、可穿着、轻便、类似纱线的传感器关乎智能纺织品甚至纺织服装工业的未来。 

静电纺丝是一种新型的制备纳米级纤维的纺丝技术，因其制造装置简单、纺丝成本低廉、可纺物质种类多、工艺可控等优点，已成为有效制备纳米纤维材料的主要途径之一。以高聚物溶液等为纺丝液可以制备得到直径从数纳米到数百纳米的纤维，同时通过改变接收装置，可以获得纳米纤维毡、管状结构、可卷绕纳米纤维纱等不同状态的产品。本专利的主要发明人之一潘志娟等通过浴液接收装置发明了一种可以连续纺制由纳米级纤维构成的长丝纱的改进型静电纺丝技术，并成功制备了聚酰胺6/66（ZL200710020792.9）、蜘蛛丝蛋白/聚乳酸复合纤维纱（CN200810235929.7）和碳纳米管/聚酰胺6复合纳米纤维长丝纱及其制备方法（ZL2010101510361）。 

碳纳米管(SWNTs)自从1991年被发现以来，其独特的分子结构决定了它具有一些优异的性能，如：超强的力学性能、极高的化学和热稳定性，良好的导电和光电性能及独特的一维纳米结构等所特有的纳米效应等，因此随着碳纳米管基础问题研究的发展，学者们开始在如何有效地发挥其优异性能并且进一步产业化应用方面展开研究，如将CNTs作为填充材料加入到高聚物、橡胶甚至混凝土材料中，以提高复合材料的力学、电学等性能，以期应用于电子工业、汽车制造、房屋建筑和航天工业等领域。 

本发明在前期研究已形成的纳米纤维纱静电纺丝工艺技术和设备 （ZL200710020792.9，ZL2010101510361）的基础上，改进了SWNTs的功能化处理工艺，提高了SWNTs在溶液中的稳定性，使其在纺丝液中均匀分散。同时，系统地优化了纺丝工艺，稳定、连续、高速地制备出聚合物/SWNTs复合纳米纤维纱，并通过SEM、TEM、安捷伦高阻仪等表征了其内部结构和电学性能。最终，完善了整个制备工艺过程，制备出稳定、灵敏的微应变纳米复合纤维纱传感器，有望应用于微型电子器件、超轻薄型功能纺织品、智能纺织品以及高强度纳米纤维复合材料等。 

发明内容

本发明目的是：提供一种稳定、灵敏的应变传感性纳米纤维纱，以满足未来智能纺织品及微电子领域的使用要求。 

本发明的技术方案是：一种应变传感性纳米纤维纱，其特征在于：由若干直径在100～1000nm的纳米级聚合物纤维构成，纤维内部定向排列有SWNTs，并构成导电网络，纳米级聚合物纤维的电阻随其应变而变化，电阻变化率与应变之间呈线性关系，所述SWNTs为单壁碳纳米管。 

本发明同时提供上述应变传感性纳米纤维纱的制备方法，其简便、经济、有效地通过浴液静电纺丝方法制备出纳米纤维，并将沉积在负极浴液表面的纳米纤维经过热烘干后卷绕在收集辊上，该方法可提高纳米纤维纱的力学和电学性能。 

一种如上述的应变传感性纳米纤维纱的制备方法，其特征在于包括下述步骤： 

1）SWNTs的预处理 

采用物理法与化学法相结合的方法对SWNTs进行纯化和功能性处理，所述SWNTs为单壁碳纳米管； 

2）纺丝液的配制 

采用磁力搅拌和超声波处理相结合的方法，使经过纯化和功能性处理的SWNTs均匀分散在聚合物纺丝液中； 

3）应变传感性纳米纤维纱的制备 

采用浴液静电纺丝方法，将步骤2）制备得到的纺丝液倒入带有喷丝头的储液器中，连接高压发生器的正极；浴液置于浴槽内，连接高压发生器的负极，从喷丝头喷出的纺丝液在浴液中形成纤维束，集束后的纤维束经过烘 干区热定型，最终卷绕成形获得具有良好力学性能的应变传感性纳米纤维纱；上述静电纺丝方法中，最终卷绕的速度为1～200m/min，烘干区的温度为室温～300℃。 

所述浴液静电纺丝方法及相关设备为现有技术，具体参加已授权的发明专利ZL200710020792.9。 

所述步骤1）所述的SWNTs的预处理具体包括下述步骤：